定向鉆井(定向井的定向井的基本概念)
1.定向井的定向井的基本概念
定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開(kāi)發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護(hù)自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。
其剖面主要有三類(lèi)： （1）兩段型：垂直段+造斜段；
(2)三段型：垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段；
(3)五段型：上部垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+下部垂直段。
水平井是定向井的一種，一般的油井是垂直或傾斜貫穿油層，通過(guò)油層的井段比較短。而水平井是在垂直或傾斜地鉆達(dá)油層后，井筒轉(zhuǎn)達(dá)接近于水平，以與油層保持平行，得以長(zhǎng)井段的在油層中鉆進(jìn)直到完井。這樣的油井穿過(guò)油層井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油層中流體流入井中的流動(dòng)阻力減小，生產(chǎn)能力比普通直井、斜井生產(chǎn)能力提高幾倍。
勝利油田定向井技術(shù)聞名全國(guó)，勝利油田鉆井院和勝利油田鉆井工程技術(shù)公司已形成了普通定向井、多目標(biāo)定向井、救援定向井、叢式定向井、水平井、分支井等幾十種類(lèi)型的定向井施工工藝。勝利油田黃河鉆井總公司和渤海鉆井總公司的定向井施工能力享譽(yù)國(guó)內(nèi)外。
2.定向井的定向井基本分類(lèi)
隨著定向鉆井技術(shù)的發(fā)展，定向井的種類(lèi)越來(lái)越多。 Ⅰ兩維定向井：井眼軸線在某個(gè)鉛垂平面上變化的定向井，井斜變化，方位不變化。
Ⅱ三維定向井：井眼軸線在三維空間變化的定向井，井斜變化，方位變化?？煞譃椋喝S糾偏井和三維繞障井。 Ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，鉆井時(shí)井斜、方位不易控制，鉆井難度大。Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之間，鉆井時(shí)井斜、方位易控制，鉆井難度相對(duì)較小，是使用最多的一種。
Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之間，其斜度大，水平位移大，增加了鉆井難度和成本。
Ⅳ水平井：井斜在86-120度之間，其鉆井相對(duì)較難，需要特殊設(shè)備、鉆具、工具、儀器。 Ⅰ單一定向井
Ⅱ雙筒井：一臺(tái)鉆機(jī)，鉆出井口相距很近的兩口定向井。
Ⅲ叢式井（組）：在一個(gè)井場(chǎng)或平臺(tái)上，鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井。
3.油井定向的詳細(xì)介紹
定向井與直井都是石油開(kāi)采時(shí)的術(shù)語(yǔ)。
直井是在地上部分條件好的情況下，由設(shè)計(jì)地上鉆井位置向地下垂直到油層直接鉆方法。定向井是我國(guó)二十世紀(jì)九十年代初開(kāi)始采用的一種新式鉆井方法。
定向井的優(yōu)越性就在于可以躍過(guò)地面上的障礙，采取斜式、水平式鉆進(jìn)，直達(dá)目標(biāo)。 直井的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)不復(fù)雜，可以節(jié)約單井成本。
但定向井技術(shù)難度大，要求高。許多過(guò)去不可能打的井也能打了，使油田開(kāi)采過(guò)去放棄的鉆井位又能開(kāi)發(fā)了。
從全局看，地面上建筑物完全不動(dòng)，公路等，都可以鉆井開(kāi)采石油了，國(guó)家擴(kuò)大了產(chǎn)能區(qū)塊，使油田利用率提高了。
4.定向井施工技術(shù)
地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用需要“回灌開(kāi)發(fā)”模式。
回灌開(kāi)發(fā)是在同一施工地點(diǎn)開(kāi)鑿兩眼或兩眼以上地?zé)峋谎圩鳛殚_(kāi)采井，另一眼作為回灌井。受城市用地面積的限制以及運(yùn)行管理的需要，多以“對(duì)井”的方式成井。
對(duì)井井口直線距離在2.5~10m之間，為防止開(kāi)采、回灌地?zé)崃黧w短時(shí)間內(nèi)相互干擾，井底距離一般保持在800m以上，這就需要有定向井施工技術(shù)的支持。（一）定向井設(shè)計(jì)定向井設(shè)計(jì)原則是為實(shí)現(xiàn)鉆井目的，合理選擇目標(biāo)點(diǎn)的層位、確定靶區(qū)半徑，盡可能選擇簡(jiǎn)單的井身剖面類(lèi)型；設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)包括地面井位坐標(biāo)、井底坐標(biāo)、方位角、井底水平位移、造斜點(diǎn)位置、最大井斜角。
定向井設(shè)計(jì)前要了解設(shè)計(jì)井區(qū)的地質(zhì)條件，如地層、巖性、壓力、傾角、傾向、斷層等。還要了解地層造斜特性（以便利用地層的方位漂移規(guī)律），分析井區(qū)已有定向井資料等，從設(shè)計(jì)上避免井下復(fù)雜情況發(fā)生。
地?zé)峋煌谑烷_(kāi)采井。首先，地?zé)峋斜檬?，泵室為直井段；其次，以扶盆地?zé)醿?chǔ)層在一定范圍內(nèi)目的層可近似看作水平無(wú)限延伸（斷裂型地?zé)峋猓?，因此，定向井目?biāo)靶區(qū)半徑可適當(dāng)放大，這些都為定向井設(shè)計(jì)提供了方便。
1）井身剖面設(shè)計(jì)：定向井井身剖面類(lèi)型多種多樣，常見(jiàn)的有三段制（多目標(biāo)、較淺井）和五段制（小位移、較深井），選用的原則是保證達(dá)到鉆井目的；盡可能簡(jiǎn)單，利于安全、快速地進(jìn)行作業(yè)以降低鉆井成本。地?zé)岫ㄏ蚓嘤梦宥沃疲粗本?、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、直井段。
2）造斜點(diǎn)設(shè)計(jì)：造斜點(diǎn)的選擇是定向井成功的關(guān)鍵因素之一。一方面定向井施工要求造斜點(diǎn)巖石結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、可鉆性比較均勻，避免巖石破碎段、流砂層或易坍塌等復(fù)雜地層，同時(shí)巖石的硬度應(yīng)能起到對(duì)造斜鉆具的支撐作用。
另一方面造斜點(diǎn)的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)井的垂直井深、水平位移大小和選用的井身剖面類(lèi)型而決定。實(shí)際工作中往往把造斜點(diǎn)選擇在盡可能淺的地層中，以利于用盡量小的井斜達(dá)到理想的成井水平位移。
3）最大井斜角設(shè)計(jì)：井斜角是鉆具行跡與垂直方向的夾角，主要依據(jù)鉆井設(shè)備定向能力、垂直井深與目標(biāo)水平位移確定。大量的鉆井實(shí)踐證明，井斜角小于15°，方位不穩(wěn)定，容易漂移。
井斜角大于45°，施工難度較大，井壁易失穩(wěn)，所以，最大井斜角最好控制在15°~45°之間。（二）定向井施工安全措施由于定向井井眼形狀復(fù)雜，水平位移較大，易發(fā)生井下復(fù)雜情況和產(chǎn)生井下事故。
1）壓差卡鉆。在定向井施工中，斜靠在井壁上的鉆具與井壁的接觸面積大，作用在井壁上的正壓力也增大，易發(fā)生壓差卡鉆。
預(yù)防措施主要是采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的鉆井液：①加入潤(rùn)滑劑使泥餅?zāi)Σ料禂?shù)小于0.2；②采用混油泥漿、混油量8%~15%；③下套管及電測(cè)井之前加1.5%~2%的固體潤(rùn)滑劑，保證順利施工。2）鍵槽卡鉆。
定向井鉆進(jìn)和起下鉆過(guò)程中，鉆具長(zhǎng)時(shí)間拉、摩、碰井壁，容易形成鍵槽。預(yù)防措施有：①在曲率較大的井段，定期下入鍵槽破壞器，破壞鍵槽；②認(rèn)真記錄起下鉆遇阻遇卡位置，結(jié)合測(cè)斜資料分析，提前破壞處理。
3）其他防卡措施：鉆井液應(yīng)具有良好的凈化系統(tǒng)，至少配備三級(jí)凈化裝置，保證鉆井液含砂量不大于0.5%；控制鉆井液，使其屈服值不小于6Pa，提高攜帶巖屑能力，保證井眼干凈。（三）定向井施工實(shí)例目前，天津地區(qū)地?zé)岫ㄏ蚓?0對(duì)之多，積累了在中低溫沉積盆地地?zé)岫ㄏ蚓氖┕そ?jīng)驗(yàn)，下面以SR19D,SR20D基巖地?zé)岫ㄏ颉皩?duì)井”為例，對(duì)地?zé)岫ㄏ蚓┕すに囘M(jìn)行探討。
1.地層及巖性該“對(duì)井”鉆遇地層為第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古生界寒武系，新元古界青白口系景兒峪組、龍山組，中元古界薊縣系霧迷山組（目的層），見(jiàn)表4-3。2.定向井工藝（1）定向工具的選擇該“對(duì)井”定向井段為Φ311mm（ ″）井眼，選用8″無(wú)磁鉆鋌、 ″納維鉆具、2.5°彎接頭、高壓循環(huán)頭等定向工具，測(cè)量?jī)x器定向井段采用有線隨鉆測(cè)斜儀，增斜和穩(wěn)斜井段采用自浮式電子測(cè)斜儀。
表4-3 設(shè)計(jì)對(duì)井鉆遇地層及巖性（2）定向井設(shè)計(jì)1）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)鉆井所在區(qū)域地質(zhì)情況和地?zé)徙@井技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)為四開(kāi)井，井身結(jié)構(gòu)及套管程序?yàn)椋阂婚_(kāi)鉆頭直徑Φ444.5mm，套管直徑Φ339.7mm，下深400m；二開(kāi)鉆頭直徑Φ311mm，套管直徑Φ244.5mm，進(jìn)入基巖2m左右封閉松散軟地層；三開(kāi)鉆頭直徑Φ215.9mm，套管直徑Φ177.8mm，進(jìn)入取水目的層霧迷山組白云巖2m左右下管；所有套管必須符合美國(guó)石油協(xié)會(huì)指定的API標(biāo)準(zhǔn)。
四開(kāi)鉆頭直徑為Φ152.4mm，裸眼成井，井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)表4-4。表4-4 定向井井身結(jié)構(gòu)表2）井身剖面的設(shè)計(jì)。
根據(jù)施工井地層特點(diǎn)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定向井為五段制井身剖面，即直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、自然降斜段和直井段。3）造斜點(diǎn)的確定。
根據(jù)施工設(shè)計(jì)和實(shí)際鉆進(jìn)地層分析，SR19D造斜點(diǎn)定在820m,SR20D造斜點(diǎn)定在765m的新近系膠結(jié)較好的泥巖中。4）設(shè)計(jì)方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。
根據(jù)地層產(chǎn)狀、鉆井深度和構(gòu)造情況，設(shè)計(jì)SR19D井方位角為135°，水平位移為400m,SR20D井方位角為315°，水平位移為400m，井眼曲率為12°/100m以?xún)?nèi)，最大井斜角21°。（3）定向井施工工藝措施和注意。
5.石油鉆井過(guò)程中定向主要做那些工作
通俗簡(jiǎn)單的說(shuō)吧：
能源是電力，
機(jī)械傳動(dòng)，通過(guò)方鉆桿，轉(zhuǎn)動(dòng)的力在zhidao地面?zhèn)鹘o方鉆桿，方鉆桿下面是鉆桿，鉆桿下面是鉆頭，跟我們?cè)诘孛嫔嫌秒娿@鉆一個(gè)孔原理差不多
不同的是鉆桿之間用螺紋連接，鉆到一定深度，就得擰開(kāi)中間再加一節(jié)鉆桿，這樣一專(zhuān)節(jié)一節(jié)鉆下去，就可以達(dá)到幾千米深了。
每鉆一定深度，還得測(cè)量，有專(zhuān)門(mén)的測(cè)井公司，如發(fā)生偏差及時(shí)修正，
現(xiàn)在的鉆井水平，十分厲害，可以在直著鉆屬上千米深后再拐彎90度，鉆孔能拐彎這種情況，在其它行業(yè)，是完全不可能的，
6.定向井的定向井的基本應(yīng)用
油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復(fù)雜的地下，或井場(chǎng)設(shè)置和搬家安裝碰到障礙時(shí)，通常在他們附近鉆定向井。
用直井難以穿過(guò)的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。
如：安718段塊的井漏、二連地區(qū)巴音區(qū)塊的井，自然方位120-150度。 遇到井下事故無(wú)法處理或不易處理時(shí)，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。
Ⅰ原井鉆探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時(shí)，可在原井眼內(nèi)側(cè)鉆定向井。
Ⅱ遇多層系或斷層斷開(kāi)的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層。
Ⅲ對(duì)于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率。
Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地區(qū)，可用叢式井開(kāi)采油氣。
